Вычитающее vs. гибридное ЧПУ-АП для ремонта инструмента

От PFT, Шэньчжэнь

Поддержание бесперебойной работы производственных линий в 2025 году требует максимального увеличения срока службы критически важного, дорогостоящего инструмента. Режущие инструменты неизбежно изнашиваются, что приводит к снижению качества деталей, увеличению количества брака и дорогостоящим простоям для замены. В то время как традиционная субтрактивная обработка на станках с ЧПУ долгое время была стандартом для ремонта и восстановления инструмента, появление интегрированных гибридных систем ЧПУ-аддитивного производства (AM) предлагает многообещающую альтернативу. Гибридные системы сочетают традиционное фрезерование/точение с процессами AM с направленным энергетическим воздействием (DED), такими как лазерная наплавка или аддитивное производство дуговой сваркой (WAAM), и все это в рамках единой станочной платформы.

2 Метода

• Субтрактивный ремонт на станках с ЧПУ: Изношенные участки удалялись на 5-осевом обрабатывающем центре для восстановления первоначальной геометрии. Траектории инструмента генерировались из CAD-моделей нового инструмента.
• Гибридный ремонт ЧПУ-AM: Изношенные участки сначала подготавливались путем легкой механической обработки. Затем недостающий материал восстанавливался с использованием лазерного DED (подача порошка) на специализированном гибридном станке ЧПУ-AM (например, DMG MORI LASERTEC, Mazak INTEGREX i-AM). Наносился порошок из соответствующего инструментального сплава. Наконец, нанесенный материал подвергался чистовой обработке до точной окончательной геометрии в рамках одной и той же настройки. Параметры наплавки (мощность лазера, скорость подачи, перекрытие) были оптимизированы для минимального теплового воздействия и разбавления.
• Геометрия: Геометрия до и после ремонта сканировалась с использованием высокоточного оптического КИМ (координатно-измерительная машина). Размерная точность оценивалась по CAD-моделям.
• Целостность поверхности: Шероховатость поверхности (Ra, Rz) измерялась перпендикулярно направлению резания с использованием контактного профилометра. Профили микротвердости (HV0.3) снимались по отремонтированным зонам и зонам термического влияния (HAZ).
• Свойства материала: Поперечные сечения отремонтированных участков подготавливались, травились и исследовались под оптическим и сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) для оценки микроструктуры, пористости и прочности соединения.
• Время процесса: Общее время работы станка для каждого процесса ремонта (настройка, механическая обработка, наплавка для гибридного, чистовая обработка) было записано.
• Справочные данные: Результаты сравнивались с опубликованными эталонными показателями производительности инструмента и установленными стандартами ремонта.

3.1 Размерная точность и восстановление геометрии

• 3.2 Свойства материала и микроструктура
• 3.3 Эффективность процесса

​4 Обсуждение

Это сравнительное исследование показывает, что гибридное ЧПУ-аддитивное производство предлагает мощную и часто превосходящую альтернативу традиционной субтрактивной обработке на станках с ЧПУ для ремонта дорогостоящих режущих инструментов, особенно тех, которые имеют сложную геометрию или значительные локальные повреждения. Основные выводы показывают, что гибридное ЧПУ-AM:

• Превосходство для сложности: Значительное преимущество гибридного ЧПУ-AM заключается в ремонте инструментов со сложной геометрией или локальными серьезными повреждениями (сколы, сломанные края). Аддитивные возможности позволяют осуществлять целевое восстановление без ущерба для основного корпуса инструмента, сохраняя больше исходного дорогостоящего материала и геометрии – чего не могут достичь субтрактивные методы без фундаментальной переделки.
• Характеристики материала: Успешное нанесение сплавов инструментального класса с соответствующей твердостью и хорошей микроструктурой подтверждает техническую осуществимость гибридного ремонта. Контролируемое тепловое воздействие минимизировало вредное воздействие на основной материал.
• Компромисс по времени процесса: В то время как субтрактивные методы быстрее для простого износа, гибридные становятся конкурентоспособными или быстрее для сложного ремонта. Ценность заключается не только во времени, но и в спасении инструментов, которые в противном случае могли бы быть списаны с использованием только субтрактивных методов.
• Ограничения: Это исследование было сосредоточено на технической осуществимости и начальных свойствах. Данные о долгосрочных характеристиках в реальных условиях резания, включая износостойкость и усталостную прочность по сравнению с новыми инструментами и субтрактивным ремонтом, имеют важное значение. Первоначальная стоимость оборудования гибридного ЧПУ-AM также значительно выше, чем у стандартных станков с ЧПУ. Стоимость порошкового материала является фактором, хотя часто компенсируется экономией материала на самом инструменте.
• Практическое применение: Для производителей, работающих с большим объемом сложного, дорогостоящего инструмента, инвестиции в возможности гибридного ЧПУ-AM ремонта представляют собой убедительный аргумент для снижения затрат на замену и инвентаризацию инструмента. Это обеспечивает истинное восстановление, а не просто переобработку. Для более простых инструментов или менее сложного износа субтрактивные методы остаются эффективными и экономически выгодными.

В то время как субтрактивная обработка на станках с ЧПУ остается эффективной для более простых моделей износа, гибридное ЧПУ-AM открывает значительную ценность для сложных применений ремонта инструмента. Рекомендуется, чтобы производители оценивали свой конкретный портфель инструментов и режимы отказов. Внедрение должно быть сосредоточено на дорогостоящих инструментах со сложной геометрией, где стоимость замены высока. Дальнейшие исследования должны уделять приоритетное внимание проверке долгосрочных характеристик в рабочих условиях и детальному анализу затрат и выгод, включающему продление срока службы инструмента.